Изобретение касается машиностроения, в частности изготовления жестких пресс-форм, используемых преимущественно при производстве деталей методом порошковой металлургии.

Широко известен способ изготовления пресс-форм для порошковой металлургии, согласно которому разрабатывают конструкцию пресс-формы в зависимости от конфигурации и материала детали, которая производится, после чего создают комплект конструкторско-технологичес ой документации (чертежи, технологические карты и т.п.), в соответствии с которым методом механической обработки заготовки с последующей чистовой обработкой рабочих поверхностей изготавливают пресс-форму (Пресс-формы для порошковой металлургии. Расчет и конструирование. Радомысельский И. Д., Печентковский Е.Л., Сердюк Г.Г. - К.: Техшка, 1970 - С. 163-167).

В известном способе, благодаря сложным и точным расчетам, а также качественной обработке рабочих поверхностей, изготавливают пресс-форму, которая позволяет получить деталь с максимально приближенными к заданным параметрами.

Недостатками известного способа, обусловленными инструментальной технологией изготовления пресс-форм, являются его трудоемкость, длительность и высокая стоимость, а также большое количество отходов при механической обработке.

Наиболее близким аналогом заявляемого способа, выбранным за прототип, является способ изготовления пресс-форм, в котором на основе формы и размеров будущей детали изготавливают из легкообрабатываемого материала (например, дерева или сплава олова) ее мастер-модель, после чего методом гальванопластики изготавливают металлическую (например, медную или никелевую) копию ее рабочей поверхности толщиной 1-2 мм, на которую наносят карбидо-хромовое покрытие. На указанное покрытие послойно наращивают конструкционный материал. Например, методом плазменного или электродугового напыления наращивают металл, которым может быть алюминий Д-16, сталь 20, латунь Л-63. Отделение изготовленной таким образом пресс-формы осуществляют путем растворения в кислоте металлической копии мастер-модели (RU 226961 1 С2, МПК (2006.01) C25D 1/00, опубл. 10.02.2006).

По сравнению с традиционной технологией известный способ, благодаря формообразованию рабочей поверхности пресс-формы на копии мастер-модели, является менее затратным и не требует значительной механической обработки с большим количеством отходов.

Однако недостатками известного способа является его большая трудоемкость и сложность, связанные с изготовлением мастер-модели, ее копии и удалением копии с готовой пресс-формы. Кроме этого, метод плазменного или электродугового напыления является очень сложным и затратным, а пресс-формы, изготовленные известным способом, требуют дальнейшей чистовой обработки рабочих поверхностей и не могут быть использованы для изготовления деталей сложной формы, например с внутренними полостями, или ребрами, расположенными под углом, вследствие ограниченности конфигурации мастер-модели, полученной, например, деревообработкой, и, соответственно, самой пресс-формы.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа изготовления пресс-форм, в котором путем введения дополнительных операций и изменения выполнения существующих обеспечивается значительное упрощение и удешевление изготовления пресс-форм, уменьшение производственных площадей, возможность получения деталей сложной формы и точных размеров без дальнейшей обработки, в том числе деталей переменного сечения, с внутренними полостями и ребрами, расположенными под углом, за счет создания не реальных, а виртуальных моделей, соответственно без применения материалов и оборудования на их изготовление, с реальным изготовлением только самой пресс-формы, однако по современной технологии, которая позволяет получить точную копию виртуальной модели, форма которой может быть ограничена только заданными параметрами детали.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления пресс- форм, который включает выполнение модели изготавливаемой детали и послойное формирование пресс-формы конструкционным материалом, согласно изобретению новым является то, что с помощью одной из компьютерных программ 3D CAD создают 3D модель изготавливаемой детали и соответствующую ей 3D модель разъемной пресс-формы, в точном соответствии с которой с помощью 3D принтера осуществляют послойное формирование пресс-формы материалом, выбранным в зависимости от необходимого давления для прессования детали.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, и техническим результатом, который достигается, существует следующая причинно-следственная связь.

Введение дополнительных операций и изменение выполнения существующих, а именно:

- создание 3D модели изготавливаемой детали и соответствующей ей

3D модели разъемной пресс-формы с помощью одной из компьютерных программ 3D CAD;

- осуществление с помощью 3D принтера послойного формирования пресс-формы в точном соответствии с ее 3D моделью;

- выбор материала пресс-формы в зависимости от необходимого давления для прессования детали;

в совокупности с известными признаками заявляемого изобретения, обеспечивает в отличие от способа-прототипа исключение из процесса оборудования и материалов, применяемых для инструментального изготовления мастер-модели, гальванопластического изготовления ее копии, нанесения на нее покрытия, плазменного или электродугового напыления при формировании пресс-формы, и замену этих технологий на компьютерные технологии, включая 3D печать, которые позволяют изготавливать такие пресс-формы, в которых прессуют детали сверхсложной формы с точными размерами, которые не требуют дополнительной обработки, при значительном упрощении способа, уменьшении количества операций и расходных материалов, на минимальных производственных площадях. Все, что нужно, это создать 3D модель пресс-формы и обеспечить 3D принтер необходимым материалом. При изготовлении пресс-форм для прессования деталей с внутренними полостями или расположенными под углом ребрами и при невозможности вынуть пресс-форму из детали, деталь или спекают (при прессовании порошков), или подвергают термообработке, при этом пресс-форма плавится, не разрушая детали.

Суть предложенного изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематически изображено фронтальное сечение пресс-инструмента прессового оборудования, перед прессованием, на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1 , после прессования. На чертежах обозначено: 1 - нижняя пресс-форма, 2 - верхняя пресс-форма 3 - порошок, который прессуется, (на фиг. 1 ) и спрессованная деталь (на фиг. 2) 4 - фиксатор, 5 - верхний пуансон; 6 - нижний пуансон.

Способ изготовления пресс-форм, который заявляется, на примере изготовления пресс-форм для порошковой металлургии осуществляют следующим образом.

На основе заданных параметров детали 3 (фиг. 2) (форма, размеры, материал) на компьютере с помощью одной из специальных программ 3D CAD ( oMnac-3D, SolidWorks, Autodesk Inventor и др.) создают трехмерную графическую модель изготавливаемой детали (3D модель) и соответствующие ей 3D модели нижней пресс-формы 1 и верхней пресс- формы 2. При этом форма рабочей поверхности пресс-формы 1 соответствует форме нижней поверхности детали 3, а форма рабочей поверхности пресс- формы 2 соответствует форме верхней поверхности детали 3. Полученные данные передаются в 3D принтер, принцип работы которого заключается в послойном формировании (выращивании) физической модели пресс-формы различными методами, например, по технологии лазерной печати, согласно которой ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, или фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, который меняется с новым слоем. При этом жидкий полимер твердеет и превращается в достаточно твердый пластик. Может быть также использована технология ламинирования, согласно которой большое количество слоев рабочего материала постепенно накладывают друг на друга и склеивают между собой, при этом лазер вырезает в каждом слое контур сечения изготавливаемой пресс-формы. Метод печати на 3D принтере и материал для изготовления пресс-формы выбирают, исходя из параметров детали, которая будет изготавливаться в пресс-форме. Например, формирование деталей из различных сплавов требует различного давления (от 30 до 1000 МПа), зная эти параметры, можно выбрать оптимальный материал для пресс-формы, это может быть, кроме фотополимера, ABS пластик, металл, воск и другие.

Изготовленные таким образом нижнюю и верхнюю пресс-формы 1 и 2 устанавливают в пресс-инструмент между нижним и верхним пуансонами 6 и 5 и фиксаторами 4. Между пресс-формами 1 и 2 засыпают порошок 3 (фиг. 1), который подвергают вертикальному прессованию и получают деталь 3 (фиг. 2). Пресс-формы 1 и 2 разнимают и высвобождают деталь 3. Если части пресс-форм остаются во внутренних полостях детали 3, то при спекании они плавятся, придавая детали 3 окончательную форму, которая имеет точные размеры и не требует дальнейшей дополнительной обработки.